CN102854444A - 一种±400kV换流变压器局部放电试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，针对青藏±400kV直流联网工程柴达木换流站换流变压器。该试验方法满足高海拔试验现场的要求，详细对换流变具体结构及参数的综合考虑计算，通过换流变阀侧y接绕组端子一端加压励磁，一端接地的方式进行，进而在网侧高压绕组感应出规定的试验电压。

Description

一种±400kV换流变压器局部放电试验方法

【技术领域】

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种±400kV换流变压器局部放电试验方法。 

【背景技术】

青藏±400kV直流联网工程于2012年投入运行，是迄今为止世界上高海拔、高寒地区建设的规模最大的输电工程。青藏高原地区海拔高、空气稀薄、气候寒冷、昼夜温差大等，注定了电气设备检测技术及试验设备的特殊性。 

目前，依据GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验规程》的规定，电压等级在110kV及以上的变压器进行局部放电的过程为：从变压器低压侧加压，高压侧感应电压 

下持续5min，加压至 

或 下持续5min，再加压至 

下持续时间不少于15s进行全电压试验，降至 

或 

下持续60min（对于Um≥300kV）或30min（对于Um＜300kV），高压线端测得的视在放电量不超过500pC，最后电压降至 

下保持5min，高压线端测得的视在放电量不超过100pC，U_m为变压器高压绕组侧所在系统的最高电压。 

传统的变压器局部放电试验方法均是非励磁绕组一端接地，另一端悬空感应出试验电压。为了降低试验引线的对地电压，一般采取对称加压方式，即阀侧y接绕组的两个端子均不接地，而在中间试验变压器高压绕组或补偿电抗器的中部接地，这样可以使引线及阀侧y接绕组端子的对地电压只有励磁电压的一半，从而方便试验接线。 

换流变压器是在换流站内接在换流器（换流桥）与交流系统之间将电能从交流系统传输到换流器或从换流器传输到交流系统的变压器。换流变压器中直接与交流系统连接的绕组通常称为网侧绕组，连接到换流器的绕组称为阀侧绕组。换流变压器的绕组与普通变压器的绕组相同，以交流为基础进行工作。系统中用以实现交、直流电能转换的设备不是换流变压器，而是其阀侧绕组连接的换流器。 

目前，我国已建成多个±500kV直流输变电工程，但此类工程均处于我国平原地区，现在平原地区±500kV直流输变电工程电气一次设备检测技术较为成熟，直流电气一次设备的检测手段较为全面。青藏±400kV直流联网工程为青藏高原地区首个直流输变电工程，由于该地区海拔高度高，空气稀薄，环境较为恶劣，需要研究分析特殊环境对直流输变电工程换流变压器设备关键检测技术的影响，研究一套适合高海拔地区换流变压器局部放电的关键检测技术方法。 

【发明内容】

针对以上技术问题，本发明提供了一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，该试验方法能够考核换流变压器的绝缘强度、检查局部缺陷，有效发现换流变压器线圈绝缘受潮或在运输过程中由于振动引起的线圈松动、位移而造成的引线绝缘距离变化等情况，以保证其绝缘水平，判断其是否能投入运行。 

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，包括以下步骤： 

（1）根据换流变局部放电试验时绕组等值电容分布，计算变压器高压绕组等效集中电容值； 

（2）根据步骤（1）的变压器高压绕组等效集中电容值估算局部放电试 验所需的变频电源的谐振频率； 

（3）根据步骤（1）和步骤（2）结果估算局部放电试验所需的输入电流； 

（4）施加电压，读取放电量值，升高电压，读取放电量值，降低电压，读取放电量值，直至降电压至零，切断电源，加压完毕。 

作为本发明的优选实施例，在步骤（1）中，计算变压器高压绕组等效集中电容值的方法为：在高压侧的绕组中选取一小段距离的线圈，计算其磁势，然后，根据该磁势计算该绕组各点对地分布电容电流产生的磁势，最后根据高压绕组等效集中电容的电流产生的磁势和分布电容电流产生的磁势相等的原理计算出对地等效集中电容； 

作为本发明的优选实施例，所述计算变压器高压绕组等效集中电容值的方法的具体步骤如下： 

（1.1）取高压绕组离地端Y处的dy段， 

其对地电容为：d_c=(c₁₀+C₁₂/H)·dy，其中，C₁₀＋C₁₂为网侧高压绕组对低阀侧压绕组及地分布电容，H为绕组高度； 

y处对地电压为：U_y=(U/H)·y，U为高压侧感应的电压； 

在dy段的电容形成的电流为： 其中， 为高压侧感应的角频率； 

y段的匝数为：N_y=(N/H)·y，其中，N为绕组匝数； 

di流过N_y产生的磁势为： 

则绕组各点对地分布电容电流产生的磁势为： 

根据折算至A端的对地等效集中电容C′₁₀的电流产生的磁势和分布电容电流产生的磁势相等，则有： 

C′₁₀=1/3(C₁₀+C₁₂)，其中，C′₁₀为变压器高压绕组等效集中电容值。 

作为本发明的优选实施例，在所述步骤（2）中，所述局部放电试验所需的变频电源的谐振频率按照下面步骤估算： 

（2.1）网侧电容量换算到阀侧电容量为：C′₁₀×k²，其中，k为换流变网侧对阀侧变比； 

（2.2）阀侧对地等效电容量为：网侧电容量换算到阀侧电容量+换流变压器阀侧星型绕组对地电容量+换流变压器阀侧角形绕组对地电容量+分压器电容量； 

（2.3）变频电源谐振频率为： 

其中，L为电抗器的总电感量，C为阀侧对地等效电容量。 

作为本发明的优选实施例，在步骤（3）中，所述局部放电试验所需的输入电流按照以下计算： 

（3.1）被试换流变压器阀侧星型绕组侧有功电流为：I=P_168.7/U_max，其中，P_168.7为换流变压器在试验电压和试验频率下的空载损耗，U_max为换流变压器的试验电压； 

（3.2）变频柜输出侧电流=被试换流变压器阀侧星型绕组侧有功电流×中间变压器的变比； 

（3.3）根据变电源输出电流与输入电流的关系为Io=1.414Ii，则变频电源输入电流=变频柜输出侧电流/1.414。 

作为本发明的优选实施例，在步骤（4）中，按以下制度施加电压： 

（4.1）接通电源并增加至U₃，持续5min，读取放电量值，无异常，转入步 骤4.2，其中， $U_3=1.1\×U_m/\sqrt{3},$ 其中，U_m为； 

（4.2）增加电压至U₂，持续5min，读取放电量值，记录局部放电的起始电压，无异常，转入步骤4.3，其中， 

（4.3）增加电压至U₁，进行感应耐压试验，时间为（120×50/f）s，其中， $U_1=1.7\×U_m/\sqrt{3},$ f为； 

（4.4）将电压从U₁降低至U₂，保持60min，进行局部放电观测，在此过程中，每5分钟记录一次放电量值； 

（4.5）降电压至U₃，持续5min，记录放电量值，记录局部放电的熄灭电压； 

（4.6）降电压至零，切断电源，加压完毕。 

与现有技术相比，本发明一种±400kV换流变压器局部放电试验方法至少具有以下优点：本发明试验方法针对高海拔的地区设计，适用于环境恶劣的条件。 

【附图说明】

图1为本发明试验装置的电路结构图； 

图2为本发明换流变绕组等值电容分布图； 

图3为本发明施加电压程序图。 

【具体实施方式】

一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，首先针对于换流变压器自身特点及安装环境的考虑而研制。该试验方法满足高海拔试验现场的要求，详细对换流变具体结构及参数的综合考虑计算，通过换流变阀侧y接绕组端子一端加压励磁，一端接地的方式进行，进而在网侧高压绕组感应出规定的试验电压。 

本试验方法采用变频并联谐振方法进行，试验原理以并联谐振为基础， 采用固定的高压电抗器与试验回路并联，以调整施加到该回路电压频率的方式实现谐振，从而实现试验回路电流最小的目的。 

本发明的进一步特点和改进在于： 

1.换流变局放试验采用的每台电抗器首端及尾端均加装了特殊设计的均压环，保证在进行局放试验时单台电抗器局放量小于10pC，将试验装置本身的局放水平最低； 

2.局放试验采用的试验变压器内部绝缘介质采用SF₆气体，提高了绝缘性能，减轻了试验变自身重量，确保试验装置性能稳定，同时方便现场吊装，提高了现场试验工作效率； 

3.局放试验采用的连接导线为直径Φ150mm的布扩径导线，保证与被试换流变压器阀侧星型绕组、中间变压器高压侧、补偿电抗器等设备间的可靠连接外，防止了导线起晕对试验过程中的影响； 

4.局放试验采用的电抗器、试验变压器及变频电源均设计了两种运输方式，包括从顶部吊装和从设备底部利用叉车运输，这样既可以在阀厅内方便的进行试验装置装拆，也可以在阀厅外进行试验，从而能够依据现场条件，灵活选择试验位置，保证换流变局放试验顺利进行。 

如图1及图2所示，根据换流变局部放电试验时绕组等值电容分布，计算变压器高压绕组等效集中电容值，进一步估算出局部放电试验所需试验电流。 

1.等效集中电容计算 

如图1，试验时ab绕组施加励磁电压，AB间感应出规定试验电压。 

根据磁势平衡原理，分布电容电流产生的磁势和等效集中电容产生的磁势应相等。 

如在绕组高度H，匝数N，A端感应的电压U及角频率ω下，取高压绕组离地端Y处的dy段，其对地电容 

dc=(c₁₀+C₁₂/H)·dy

y处对地电压： 

U_y=(U/H)·y 

在dy段的电容形成的电流 

y段的匝数为 

N_y=(N/H)·y 

di流过N_y产生的磁势为 

则绕组各点对地分布电容电流产生的磁势是 

折算至A端的对地等效集中电容C′₁₀的电流产生的磁势和分布电容电流产生的磁势相等。 

C′₁₀=1/3(C₁₀+C₁₂) 

将换流变高－低及地电容值15200pF代入上式，则高压绕组等效集中电容为 

C′₁₀=15200/3≈5067pF 

2试验参数核算 

2.1入口电容及试验频率计算 

试验时，采用2个15H电抗器串联后与试验回路并联。故电抗器支路 总电感量为30H。 

换流变压器网侧绕组——阀侧星型绕组及地电容量为：15.2nF 

估算该换流变压器入口电容集中参数值为15.2/3=5.07nF 

换流变网侧对阀侧变比为（主分接位置）： 

$k=(345/\sqrt{3})/(166.39/\sqrt{3})=2.07$

网侧电容量换算到阀侧电容量为：5.07×k²=5.07×2.07²=21.7nF 

换流变压器阀侧星型绕组——地电容量为：3nF 

换流变压器阀侧角形绕组——地电容量为：4nF 

分压器电容量为：1nF 

因此，阀侧对地等效电容量为：21.7+3+4+1=29.7nF 

因此变频电源谐振频率为： $f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}=1/2\mathrm{\π}\×\sqrt{30\×29.7\×{10}^{-9}}=168.7\mathrm{Hz}$

2.2中间变压器变比计算选择 

单台中间变压器参数： 

额定容量：500kVA                补偿绕组：20kV/320kVA 

额定输出电压：200kV；           额定输出电流：2.5A 

输入电压：2×350/400/450V       最大输入电流：1428A（350V绕组） 

试验时，使用1台中间变压器。根据本次试验情况和变频柜参数（出口两相电压0～350V连续可调），中间变压器高低压侧电压选择：200kV/350V。 

试验电压为 时，中间变压器低压侧电压为：300.8V2.3被试换流变压器在试验频率下的有功损耗计算 

换流变压器空载损耗 

Bm∝U/f由上式可得： 

P_174.6/P₅₀=(168.7/50)^1.33×(B_168.7/B₅₀)^1.8

$P_{168.7}={(168.7/50)}^{1.33}\×{\left(\frac{151.7\×50}{168.7\×166.39/\sqrt{3}}\right)}^{1.8}\×60.8=78.1\mathrm{kW}$

式中P₅₀、P_168.7分别为换流变压器在额定电压 额定频率（50Hz） 和试验电压(151.7kV)、试验频率（168.7Hz）下的空载损耗。 

2.4试验输入电流计算： 

被试换流变压器阀侧星型绕组侧有功电流为： 

I=P_168.7/U_max=78.1/151.7=0.51A 

此时变频柜输出侧（即中间变压器低压侧）电流为：0.51×571.4（中间变压器变比200kV/350V）=291.4A 

依据变频电源装置说明书，变电源输出电流与输入电流的关系为IO＝1.414Ii，即变频电源输入电流为：291.4/1.414=206.1A。 

由计算可知，连接中间变压器低压侧和变频柜的电缆截面应大于75mm²，变频柜380V侧与试验电源侧连接电缆截面应大于50mm²。 

2.5预加压时间计算： 

根据换算公式，在试验频率为168.7Hz下，预加压时间为： 

t=6000/168.7=36秒。 

3施加电压水平及施加电压步骤 

如图2所示，根据DL 417-2006《电力设备局部放电现场测量导则》中规定，换流变局部放电长时感应试验施加电压时间顺序示意图中感应电压值计算及程序具体实施情况描述。 

3.1施加电压水平 

此次现场局部放电测量时，网侧对地的试验电压及其加压程序如图2所示。预加电压按 

确定。 

a）预加电压： $U_1=1.7\×U_m/\sqrt{3}=356.3\mathrm{kV}$

b）测量电压： $U_2=1.5\×U_m/\sqrt{3}=314.4\mathrm{kV}$

c）测量电压： $U_3=1.1\×U_m/\sqrt{3}=230.5\mathrm{kV}$

3.2施加电压步骤 

1）施加试验电压时，接通电源并增加至U₃，持续5min，读取放电量值； 

2）无异常则增加电压至U₂，持续5min，读取放电量值，记录局部放电的起始电压； 

3）无异常增加电压至U₁，进行感应耐压试验，时间为（120×50/f）s； 

4）将电压从U₁降低至U₂，保持60min，进行局部放电观测，在此过程中，每5分钟记录一次放电量值； 

5）降电压至U₃，持续5min，记录放电量值，记录局部放电的熄灭电压； 

6）降电压至零，切断电源，加压完毕。 

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (6)

1.一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）根据换流变局部放电试验时绕组等值电容分布，计算变压器高压绕组等效集中电容值；

（2）根据步骤（1）的变压器高压绕组等效集中电容值估算局部放电试验所需的变频电源的谐振频率；

（3）根据步骤（1）和步骤（2）结果估算局部放电试验所需的输入电流；

（4）施加电压，读取放电量值，升高电压，读取放电量值，降低电压，读取放电量值，直至降电压至零，切断电源，加压完毕。

2.如权利要求1所述的一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：在步骤（1）中，计算变压器高压绕组等效集中电容值的方法为：

在高压侧的绕组中选取一小段距离的线圈，计算其磁势，然后，根据该磁势计算该绕组各点对地分布电容电流产生的磁势，最后根据高压绕组等效集中电容的电流产生的磁势和分布电容电流产生的磁势相等的原理计算出对地等效集中电容。

3.如权利要求1或2所述的一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：所述计算变压器高压绕组等效集中电容值的方法的具体步骤如下：

（1.1）取高压绕组离地端Y处的dy段，

其对地电容为：dc=(c₁₀+C₁₂/H)·dy，其中，C₁₀＋C₁₂为网侧高压绕组对低阀侧压绕组及地分布电容，H为绕组高度；

y处对地电压为：U_y=(U/H)·y，U为高压侧感应的电压；

在dy段的电容形成的电流为：其中，

为高压侧感应的角频率；

y段的匝数为：N_y=(N/H)·y，其中，N为绕组匝数；

di流过N_y产生的磁势为：

则绕组各点对地分布电容电流产生的磁势为：

其中，U_N为高压侧绕组额定电压值；

根据折算至A端的对地等效集中电容C′₁₀的电流产生的磁势和分布电容电流产生的磁势相等，则有：

C′₁₀=1/3(C₁₀+C₁₂)，其中，C′₁₀为变压器高压绕组等效集中电容值。

4.如权利要求1所述的一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，所述局部放电试验所需的变频电源的谐振频率按照下面步骤估算：

（2.1）网侧电容量换算到阀侧电容量为：C′₁₀×k²，其中，k为换流变网侧对阀侧变比；

（2.2）阀侧对地等效电容量为：网侧电容量换算到阀侧电容量+换流变压器阀侧星型绕组对地电容量+换流变压器阀侧角形绕组对地电容量+分压器电容量；

（2.3）变频电源谐振频率为：

其中，L为电抗器的总电感量，C为阀侧对地等效电容量。

5.如权利要求4所述的一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述局部放电试验所需的输入电流按照以下计算：

（3.1）被试换流变压器阀侧星型绕组侧有功电流为：I=P_168.7/U_max，

其中，P_168.7为换流变压器在试验电压和试验频率下的空载损耗，U_max为换流变压器的试验电压；

（3.2）变频柜输出侧电流=被试换流变压器阀侧星型绕组侧有功电流×中间变压器的变比；

（3.3）根据变电源输出电流与输入电流的关系为Io＝1.414Ii，则变频电源输入电流=变频柜输出侧电流/1.414。

6.如权利要求1所述的一种±400kV换流变压器局部放电试验方法，其特征在于：在步骤（4）中，按以下制度施加电压：

（4.1）接通电源并增加至U₃，持续5min，读取放电量值，无异常，转入步骤4.2，其中，

其中，U_m为变压器网侧绕组最高运行电压363kV；

（4.2）增加电压至U₂，持续5min，读取放电量值，记录局部放电的起始电压，无异常，转入步骤4.3，其中，

（4.3）增加电压至U₁，进行感应耐压试验，时间为（120×50/f）s，其中，

f为试验频率；

（4.4）将电压从U₁降低至U₂，保持60min，进行局部放电观测，在此过程中，每5分钟记录一次放电量值；

（4.5）降电压至U₃，持续5min，记录放电量值，记录局部放电的熄灭电压；

（4.6）降电压至零，切断电源，加压完毕。

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